DE112010005258T5

DE112010005258T5 - Energieableitender Verbundstoff

Info

Publication number: DE112010005258T5
Application number: DE201011005258
Authority: DE
Inventors: Wun Chet Davy Cheong; Khant Phyo; Beng Chye Vincent Tan
Original assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore; National University of Singapore
Current assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore; National University of Singapore
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2013-05-02
Also published as: GB2490078A; US20130061739A1; SG183234A1; JP2013519859A; GB201214309D0; WO2011099936A1; JP5529295B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbundstoff, der in der Lage ist kinetische Energie eines sich bewegenden Objektes abzuleiten, auf entsprechende Gegenstände und deren Verwendung.

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbundstoff, der in der Lage ist kinetische Energie eines sich bewegenden Objektes abzuleiten, auf entsprechende Gegenstände und deren Verwendung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gegenwärtig ist auf dem Markt eine große Bandbreite von schützenden Materialien erhältlich, um Verletzungen, die durch ballistische oder Stich-Gefahren hervorgerufen werden, vorzubeugen. Beispiele für derartige schützende Materialien umfassen Körperpanzerungen, kugelsichere Westen und flexible Aufprallschutzpolster. Übermäßige Verformung einer kugelsicheren Weste nach einem Aufschlag kann zu ernsthaften Verletzungen des menschlichen Körpers führen (Backface Signatur oder stumpfes Trauma). Diese Verletzungen können manchmal, abhängig von der Position der Verletzung, schwerwiegend sein. Zusätzlich kann die verletzte Person in einen Schockzustand verfallen und wird nicht in der Lage sein, schnell auf die Bedrohung zu reagieren. Die Lösung dafür ist normalerweise das Einsetzen eines hochmolekularen Polyethylens, einer Metall- o. Keramikplatte hinter der kugelsicheren Weste.
Die Verwendung von Materialien wie hochfesten Aramidfasern oder hochmolekularen Polyethylenfilmen in ballistischen Materialien wird zunehmend gebräuchlicher. Obwohl hochfeste Aramidfasern oder hochmolekulare Polyethylenfilme stabil genug sind, um das Eindringen von Hochgeschwindigkeitsprojektilen aufzuhalten, sind diese flexiblen Materialien immer noch großen Verformungen ausgesetzt, wenn sie durch das Hochgeschwindigkeitsprojektil belastet werden. Dies führt zu tiefen Abdrücken im Körper hinter dem Textilerzeugnis oder dem schützenden Film und verringert daher die Wirksamkeit dieser Materialien in ihrer Anwendung als nachgebende Körperpanzerung. Darüber hinaus können diese Platten, weil sie sehr starr sind, nur an Stellen angebracht werden, an denen keine Beweglichkeit erforderlich ist (zum Beispiel die Brust).
Um die Beweglichkeit des Benutzers zu erhöhen, sind ebenfalls flexible Aufprallschutzpolster, die aus ballistischen Geweben hergestellt wurden auf dem Markt erhältlich. Allerdings kann der Schutz, den sie verleihen, nicht mit dem von harten Platten verglichen werden. Diese Einschränkungen der gegenwärtig erhältlichen aufschlagsabsorbierenden Materialen erschweren die Entwicklung einer stark benötigten effektiven Vollkörperpanzerung.
Es besteht ein verstärktes Interesse an der Verwendung von dilatanten Flüssigkeiten für ballistische Anwendungen. Die dilatante Flüssigkeit bezeichnet jede Flüssigkeit, die eine erhöhte Viskosität aufweist, wenn sich die Schergeschwindigkeit oder aufgelegte Last erhöhen. Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaft eine fließfähige Flüssigkeit zu sein, deren Viskosität sich nur nach Scherung und Druck erhöht, bietet sie die Möglichkeit bewegliche und formanpassungsfähige Schutzmaterialien bereitzustellen, wenn diese in ballistische Materialien eingearbeitet werden.
Die US Patentveröffentlichung Nr. US 2009/0004413 A1 offenbart einen Weg um die aufprallableitenden Fähigkeiten von dilatanten Flüssigkeiten durch Zugabe von einzelnen, nicht-fortlaufenden Fasern/Füllstoffen in die Flüssigkeit zu verstärken. Dennoch erhöht die Zugabe dieser Füllstoffe die Dilatanz nur in einem lokal begrenzten Bereich der Flüssigkeit und nicht in der gesamten Flüssigkeit. Daher kann eine lokal begrenzte Ableitung der Aufprallenergie unzureichend sein, um den Benutzer vor Verletzungen zu schützen.
Das US Patent Nr. 6,319,862 offenbart ein System, das in ballistischen Westen verwendet wird und aus einer ersten Vielzahl von durchschlagsbeständigen Materialien von großer Festigkeit wie Aramidfasern besteht, gefolgt von einer ersten Vielzahl von nachstehenden Polyethylenschichten hinter den Aramidfaserschichten. Dennoch kann die Beweglichkeit dieses Systems verringert sein, da es viele Lagen von Materialien erfordert, die miteinander verbunden sind.
Daher besteht weiterhin der Bedarf einen flexiblen Verbundstoff zu entwickeln, der wirksam hohe Aufprallenergien ableitet ohne die Beweglichkeit zu beeinträchtigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt wird ein Verbundstoff bereitgestellt, der die kinetische Energie eines sich bewegenden Objekts ableiten kann und eine Schicht aus ballistischem Material, das an eine Schicht aus porösem Matrizenmaterial gebunden ist, umfasst oder aus dieser besteht.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren um diesen Verbundstoff herzustellen bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Binden einer Schicht aus ballistischem Material an eine Schicht aus porösem Matrizenmaterial.
In noch einem anderen Aspekt wird die Verwendung des Verbundstoffes zur Ableitung von kinetischer Energie eines sich bewegenden Objektes bereitgestellt.
In einem weiteren Aspekt wird ein Gegenstand zur Ableitung von kinetischer Energie eines sich bewegenden Objektes bereitgestellt, der den Verbundstoff umfasst.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Verbundstoff gemäß der vorliegenden Erfindung stellt Vorteile wie hohe Beweglichkeit, hohe Formanpassungsfähigkeit und hohe Aufprallenergieableitung bereit und ist dennoch einfach herzustellen. Der Verbundstoff, der hierin beschrieben wird, ist besonders für ballistische Anwendungen geeignet, wie zum Beispiel ein biegsames Aufprallschutzpolster oder eine ballistische Weste. Die Formanpassungsfähigkeit des Materials schließt auch mit ein, dass es an Bereichen des Körpers getragen werden kann, an denen Beweglichkeit notwendig ist (wie Knie, Ellbogen und Unterleib). Daher kann der Verbundstoff der vorliegenden Erfindung anders als die bekannten Schutzmaterialien, die heute auf dem Markt sind, einen verbesserten Schutz gegen stumpfe Aufpralleinwirkungen bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Verbundstoff bereit, der die kinetische Energie eines sich bewegenden Objekts ableitet. Der Verbundstoff umfasst oder besteht aus einer Schicht von ballistischem Material, das an eine Schicht von porösem Matrizenmaterial gebunden ist.
Der Ausdruck „poröses Matrizenmaterial” wie hierin verwendet, bezieht sich auf jedes Material, das eine Vielzahl an Poren und Öffnungen im Material hat. Das poröse Matrizenmaterial ist in der Lage eine Flüssigkeit durch die Poren aufzunehmen und/oder erlaubt der Flüssigkeit die Poren zu passieren. Das poröse Matrizenmaterial kann zum Beispiel ein gewebtes Material, ein nicht-gewebtes Material oder ein Bogen/Gewebe, der Fasern enthält, sein. Das poröse Matrizenmaterial kann eine Vielzahl von Fasern enthalten, die ineinandergreifen oder miteinander verbunden sind oder andererseits können die Fasern nicht verbunden sein.
Der Ausdruck „gewebt” wie hierin in Bezug auf entweder das poröse Matrizenmaterial oder das ballistische Material verwendet, bezieht sich auf jedes Material, das durch Weben entstanden ist. In diesem Zusammenhang kann ein gewebtes Material zum Beispiel durch ein besonderes oder differenziertes Gewebe gekennzeichnet sein, in dem das Faden-Denier oder die Kettfaden-u. Schussfadenstichzahl vorgegeben ist. Wenn zum Beispiel die Fäden in einem einfachen Gewebe verwoben werden, das durch eine regelmäßige, eins zu eins Verflechtung der Fäden gekennzeichnet ist, kann jeder der Fäden in einer ersten Richtung angeordnet sein, zum Beispiel der Kettfadenrichtung, die sich wahlweise über und unter angrenzende Fäden bewegt, die in einer zweiten Richtung angeordnet sind, zum Beispiel der Schussfadenrichtung. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Ausdruck „Kettfaden”, gebraucht in seiner herkömmlichen Bedeutung im Stand der Technik, einen Satz von längs gerichteten Fäden durch die der Schussfaden gewebt wird. Daher bezeichnet der Ausdruck „Schussfaden” den Faden, der über und unter den parallelen Kettfäden gezogen wird um ein gewebtes Material zu erzeugen. Das gewebte Material kann ebenfalls jedes bekannte Gewebemuster wie ein Korbgewebe, ein Rips, einen Twill, ein Satingewebe oder ein doppelt gewebtes Muster haben.
Der Ausdruck „nicht-gewebt” wie hierin in Bezug auf entweder das poröse Matrizenmaterial oder das ballistische Material verwendet, bezeichnet eine Vielzahl von einzelnen Fasern, die zufällig angeordnet sind, üblicherweise in Form eines Netzes und nicht in einer erkennbaren, sich wiederholenden Weise wie der eines gewebten Produktes vorliegen. Das nicht-gewebte Material, zum Beispiel ein Filz, kann durch die Verwendung einer jeden thermischen oder chemischen Art und Weise, die dem Fachmann bekannt ist, hergestellt werden. Beispiele für die Herstellung des nicht-gewebten Materials umfassen, sind allerdings nicht beschränkt auf, Meltblown-Verfahren, Spinnvliesverfahren, Wasserstrahlverfestigungsverfahren und Nadelverfahren mit einer Krempel. Beispielhafte nicht-gewebte Materialien können zum Beispiel Spinnvlies Tuche umfassen. Ein Spinnvlies Tuch kann hierin so verstanden werden, dass es Filamente oder Fasern beinhaltet, die extrudiert, ausgezogen und auf einem sich bewegenden Band ausgelegt wurden um ein Netz zu bilden. Das Spinnvlies Tuch kann dann über eine Anzahl verschiedener Bindungsverfahren, wie chemischer, thermischer, mechanischer oder Ultraschall basierender Bindungsverfahren oder Kombinationen davon, gebunden werden. Andere beispielhafte nicht-gewebte Materialien können „MASSLINN” nicht-gewebte Textilerzeugnisse, die zum Beispiel im US Patent Nr. 2,705,687 beschrieben werden; „KEYBAK” gebündelte nicht-gewebte Textilerzeugnisse, die zum Beispiel in den US Patenten Nr. 2,862,251 und 3,033,721 beschrieben werden; und „isotrope” nicht-gewebte Textilerzeugnisse, die zum Beispiel im US Patent Nr. 2,676,363 beschrieben werden, beinhalten.
Der Ausdruck „Faser” wie hierin verwendet, ist eine Art von Material, das als relativ beweglicher, makroskopisch homogener Körper beschrieben werden kann, das ein hohes Verhältnis von Länge zu Breite über seine Querschnittsfläche senkrecht zu seiner Länge hat. Die Fasern können jede geeignete Länge haben, zum Beispiel von ungefähr 1 cm bis ungefähr 10 cm. Der Faserquerschnitt kann jede Form haben, ist aber typischerweise rund. In diesem Zusammenhang kann das nicht-gewebte Material zum Beispiel ein faseriges Material sein, das jede geeignete Art von Fasern oder deren Vermischung, die dem Fachmann bekannt sind, umfasst. Beispiele für solche Fasern können ein Polymer wie Polypropylen; Polyethylen wie Polyethylen niederer Dichte (LDPE); Polymethylpenten; Polybuten; Poly(4-methyl-1-penten); Polyester wie Polybutylenterephthalate oder Kombinationen davon beinhalten. Andere beispielhafte Fasern können Acrylfasern wie Acrilan (Chemstrand) und Orlon (DuPont) beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann das poröse Matrizenmaterial Polyester umfassen. Beispiele für Polyester Matrizenmaterial können kommerziell erhältlich sein und sind beispielsweise Breather Fire Retardant RC 3000-10AFR oder RC 3000-10A, vertrieben durch Richmond Aircraft Products, Inc, USA, oder Polyester Spinnvlies Filament nicht-gewebtes Geotextil, das eine Porengröße von 0,01 bis 0,2 mm hat und über Jiangsu Broad Pioneer Textile Associated Co., Ltd, China bezogen werden kann. Andere beispielhafte Polyester Matrizenmaterialien, die verwendet werden können, beinhalten Dacron (DuPont), Diolen (Swicofil), Frotel (Wellman Inc) und Kodel (Eastman) wie im US Patent Nr. 3,720,562 beschrieben.
Andere Fasern, die im porösen Matrizenmaterial verwendet werden können, beinhalten natürliche Fasern wie zum Beispiel Wolle, Baumwolle, Hanf, Holz oder Kombinationen davon, solange diese eine Vielzahl von Öffnungen im Material enthalten, die es erlauben, dass Flüssigkeit in das Material eindringt oder dieses passiert. Wenn gewünscht, kann jede natürliche Faser mit jeder der geeigneten, zuvor erwähnten Fasern des porösen Matrizenmaterials gemischt werden. Beispiele für diese porösen Matrizenmaterialien können Polyesterwolle, Polyesterbaumwolle, Hanffaserpolyesterverbundstoffe, Holzfaserpolypropylenmatrizenverbundstoffe, Baumwollpolypropylenmatrizenverbundstoffe oder Kombinationen davon beinhalten, sind allerdings nicht auf diese beschränkt.
Der Ausdruck „ballistisches (Faser)Material” wie hierin verwendet, bezieht sich auf jedes geeignete Material, das faseriges oder nicht-faseriges Material beinhaltet und in der Lage ist den Aufprall eines sich bewegenden Objektes, wie einem Projektil, zu absorbieren oder zu widerstehen; obgleich es nicht in allen Situationen komplett undurchdringlich für alle Arten von Projektilen sein muss.
Ein ballistisches Fasermaterial kann beispielsweise Hochmodul-Polymerfasern umfassen. Beispiele von solchen Hochmodul-Polymerfasern können Polyamid, Polyolefin, Polyimid, Poly-(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol) (PBO) ZYLON^® oder Kombinationen davon beinhalten, sind allerdings nicht auf diese beschränkt. Ein ballistisches Fasermaterial kann ebenfalls eine von Polyacrylonitrilfasern (PAN), Pechharzen oder Viskose abgeleitete Carbonfaser; Kohlenstoffnanoröhren verstärktes Polymer; Glas-verstärktes Polymer wie Silica (SiO₂) oder Kombinationen von SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, CaO oder MgO; keramische Haarkristalle wie Borcarbid Keramikfasern; mikrokristalline Zellulose oder Kombinationen davon.
In diesem Zusammenhang kann das Polyamid, das zur Erzeugung eines ballistischen Materials verwendet werden kann, Aramid, Nylon oder Kombinationen davon umfassen. Beispiele für ein Aramid, das verwendet werden kann, beinhalten, sind allerdings nicht beschränkt auf, KEVLAR^®; TWARON^®; TECHNORA^®; NOMEX^®; TEIJINCONEX^® oder Kombinationen davon. KEVLAR^® kann durch E. I. du Pont de Nemours and Company bezogen werden und besteht aus einer langen molekularen Kette, die aus Polyparaphenylterephthalamid hergestellt wird. KEVLAR^® ist ein Polyamid, in dem alle Amidgruppen durch Para-Phenylgruppen getrennt sind. Dies bedeutet, dass die Amidgruppen gegenüberliegend zueinander mit dem Phenylring, an den Positionen 1 und 4, verbunden sind. Beispiele für KEVLAR^® können KEVLAR^® 29, KEVLAR^® 49 oder Kombinationen davon beinhalten. Ein anderes Beispiel für ein Aramid, das für die Verwendung als ballistisches Fasermaterial geeignet ist, ist TWARON^®. TWARON^® ist eine leichtgewichtige Faser von hoher Zugstärke und ist hergestellt aus Aramidpolymer, das von Teijin bezogen werden kann. TECHNORA^® (Teijin) ist ein Para-Aramid (co-poly-(paraphenylen/3,4'-oxydiphenylenterephthalamid), das ebenfalls geeignet sein kann ein ballistisches Fasermaterial zu erzeugen. NOMEX^® und TEIJINCONEX^® sind meta-Aramide und jeweils zu beziehen von E. I. du Pont de Nemours and Company und Teijin. Andere geeignete Aramidzusammensetzungen, die zur Verwendung geeignet sind, beinhalten Gold Flex^® (Honeywell), das ein einseitig gerichtetes Aramidfaser verstärktes thermoplastisches Sheet ist. Beispiele für Nylon, die als ein ballistisches Material geeignet sind, können zum Beispiel CORDURA^® (DuPont) einschließen.
Wahlweise und/oder zusätzlich kann jedes geeignete Polyolefin, das in der Lage ist den Aufschlag eines sich bewegenden Objektes zu absorbieren oder zu widerstehen, verwendet werden um das ballistische Material zu erzeugen. Dieses Polyolefin kann beispielsweise ultrahoch-molekulares Polyethylen (UHMWPE), auch bekannt als hochsteifes Polyethylen oder hochdichtes Polyethylen (HDPE), oder hochsteifes Polypropylen, wie Innegra S^® (Innegrity LLC), oder Kombinationen davon einschließen. UHMWPE umfasst extrem lange Polyethylenketten und ist durch seine hohe Zugfestigkeit und hochsteifen Eigenschaften geeignet zur Verwendung als ballistisches Fasermaterial. Beispiele für UHMWPE schließen SPECTRA^® (Honeywell Corp) and Dyneema^® (DSM) ein. SPECTRA^® ist ein ultraleichtes, hochfestes Polyethylenmaterial, das beispielsweise zur Verwendung als flexibles ballistisches Material oder Anwendungen mit hochschlagfesten Verbundstoffen geeignet ist. SPECTRA^® hat eine hohe Beschädigungstoleranz, Nicht-Leitfähigkeit, Flexibilität, eine hohe spezifische Steifigkeit und hohe Bruchenergie, eine geringe Feuchtigkeitsempfindlichkeit und eine gute UV Beständigkeit. Beispiele von SPECTRA^®, die erhältlich sind, sind SPECTRA^® Fiber 900, SPECTRA^® Fiber 1000 und SPECTRA^® Fiber 2000. Dyneema^® ist eine starke Polyethylenfaser, die maximale Stärke mit einem Minimum an Gewicht kombiniert. In diesem Zusammenhang ist im Fachgebiet bekannt, dass Dyneema^® bis zu 15-mal stärker als Qualitätsstahl und bis zu 40% stärker als Aramidfasern sein kann, beide Fälle beziehen sich auf einen Gewichtsvergleich. Dyneema^® schwimmt in Wasser und ist extrem haltbar und beständig gegenüber Feuchtigkeit, UV Licht und Chemikalien. Andere beispielhafte ballistische Materialien, einschließlich der oben erwähnten, werden ebenfalls in US Patent Nr. 7,226,878 , US Patent Veröffentlichung Nr. US 2009/0004413 A1 und US Patent Nr. 6,319,862 beschrieben.
Wenn gewünscht, kann jede der zuvor beschriebenen polymeren Fasern mit einer anderen polymeren Faser oder mit einer natürlichen Faser kombiniert werden um das ballistische Material zu erzeugen. Nicht-einschränkende Beispiele für derartige ballistische Materialien können Aramidbaumwollmischungen, Aramidfaser-verstärktes UHMWPE, Aramidpolypropylenmischungen oder Kombinationen davon einschließen.
In einigen Ausführungsformen kann das hierin beschriebene ballistische Material in Form eines gestrickten Textilerzeugnisses, eines gewebten Textilerzeugnisses, einer einmal gewebten Struktur, einem einseitig gerichteten Tuch oder einem vielseitig gerichteten Tuch vorliegen. Der Ausdruck „gestricktes Textilerzeugnis” wie hierin verwendet, bezeichnet einen zwei-dimensionalen, offenmaschigen oder Maschen beinhaltenden Textilartikel, der durch jedes geeignete Textilverarbeitungsverfahren hergestellt werden kann. Der Ausdruck „einseitig gerichtetes Tuch” oder „einseitig gerichtetes Textilerzeugnis” wie hierin verwendet, bezeichnet ein Tuch oder Textilerzeugnis mit einem gewebten Muster, das entworfen wurde um eine gerichtete Stärke in einer Richtung zu haben.
Der Ausdruck „gebunden” wie in Bezug auf die vorliegende Erfindung verwendet, bezeichnet das Anhaften von einer Schicht von ballistischem Material an eine Schicht von porösem Matrizenmaterial. Wenn dies getan wird, bildet sich, bildlich gesprochen, der zweischichtige Stapel des Verbundstoffes der vorliegenden Erfindung. Wenn gewünscht, kann der Verbundstoff der vorliegenden Erfindung ebenfalls jede Anzahl an Stapeln dieses Verbundmaterials umfassen, in dem wiederholt Schichten von ballistischem Material an die entsprechenden Schichten von porösem Matrizenmaterial gebunden werden. Der Verbundstoff der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel 2, 3, 4, 5 oder mehr Schichten von ballistischem Material haben, das an entsprechende 2, 3, 4, 5 oder mehr Schichten von porösem Matrizenmaterial gebunden ist, abhängig von der gewünschten Stärke des Verbundstoffes. Der Verbundstoff kann jede Dicke haben und hängt üblicherweise nur von der Anzahl an Schichten von ballistischem Material, die an die entsprechenden Schichten von porösem Matrizenmaterial gebunden werden, ab (oder von der Anzahl an Stapeln des Verbundstoffes der vorliegenden Erfindung). Zum Beispiel haben drei Stapel des Verbundstoffes der vorliegenden Erfindung, in denen drei Schichten von ballistischem Material an drei entsprechende Schichten von porösem Matrizenmaterial gebunden sind, eine Dicke von 2 cm. In diesem Zusammenhang haben die Erfinder überraschend gefunden, dass der Verbundstoff der vorliegenden Erfindung zu einer signifikant verringerten Verformung des Verbundstoffes führt, wenn dieser einem ballistischen Aufprall ausgesetzt wird. Daher verringert der Verbundstoff wirksam stumpfe Verletzungen ohne Flexibilitat und Beweglichkeit zu beeinträchtigen.
Jedes geeignete Haftmittel, das dem Fachmann bekannt ist, kann verwendet werden, solange das Haftmittel das ballistische Material und das poröse Matrizenmaterial dauerhaft zusammenhält. Beispiele für solche Haftmittel können Polyurethan, Polyvinylacetat, Epoxid, Cyanoacrylat oder Kombinationen davon beinhalten, sind allerdings nicht auf diese beschränkt. In einigen Ausführungsformen, in denen das ballistische Material mit dem porösen Matrizenmaterial in Kontakt gebracht wird, kann Epoxid oder Cyanoacrylat verwendet werden um das ballistische Material an das poröse Matrizenmaterial zu binden. In diesem Zusammenhang haben die Erfinder überraschend gefunden, dass die Verwendung des Haftmittels zur Bindung des ballistischen Materials und des porösen Matrizenmaterial zu einer signifikant verringerten Verformung des Verbundstoffes führt, wenn dieser einem hochenergetischen, ballistischen Aufprall ausgesetzt wird (siehe Beispiel 5, ).
In einigen Ausführungsformen kann der vorliegende Verbundstoff ein Fluid beinhalten. Der Ausdruck „Fluid”, wie hierin verwendet, beinhaltet Flüssigkeiten und kann Feststoffe, die mit den Flüssigkeiten gemischt oder in diesen aufgelöst wurden, beinhalten. Das Fluid kann eine wässrige Lösung, wie zum Beispiel Wasser sein oder eine dilatante Flüssigkeit. Die „dilatante Flüssigkeit”, hier in ihrer im Fachgebiet bekannten normalen Bedeutung verwendet, bezeichnet eine Flüssigkeit, die eine erhöhte Viskosität aufweist, wenn sich die Schergeschwindigkeit oder die aufgelegte Last erhöht. Die dilatante Flüssigkeit kann jede bekannte dilatante Flüssigkeit sein, beispielsweise wie in der WO Veröffentlichung WO2004/103231 beschrieben. Die dilatante Flüssigkeit beinhaltet für gewöhnlich Partikel, die in einem Medium suspendiert sind. Die Partikel, die in der dilatanten Flüssigkeit verwendet werden, können aus verschiedenen Materialien erzeugt werden, wie organischen oder anorganischen Partikeln. Die Partikel, die hierin verwendet werden, können in einer Lösung stabil sein oder können durch Ladung, Brownsche Bewegung, adsorbierte Tenside, adsorbierte oder zugegebene Polymere, Polyelektrolyte, Polyampholyte, Oligomere oder Nanopartikel dispergiert sein. Die Partikel können jede Form haben, aber typischerweise sind sphärische Partikel, elliptische, biaxiale, rhomboedrische, kubische, stabförmige Partikel, scheibenförmige Tonpartikel, oder ein Gemisch davon eingeschlossen. Diese Partikel können monodispers, bidispers oder polydispers in Größe und Form sein. Beispiele für diese Partikel schließen ein, sind allerdings nicht beschränkt auf, Oxide, Maisstärke, Calciumcarbonat, Minerale, Polymere oder Kombinationen davon. Beispielhafte Oxide schließen ein, sind allerdings nicht beschränkt auf, Siliciumdioxid, Titanoxid, Silberoxid, Zinkoxid, Palladiumoxid oder Kombinationen davon. Die Mineralien, die hierin verwendet werden, können natürlich vorkommen oder synthetisch hergestellte Mineralien sein. Beispiele für Mineralien können beispielsweise einschließen: Quarz, Calcit, Talk, Gips, Kaolin, Glimmer, Siliziumcarbid oder Kombinationen davon. Nicht-einschränkende Beispiele für Polymerpartikel können Poly(methylmethacrylat) oder Polystyren oder Kombinationen davon einschließen.
Das Medium, das für die Flüssigkeit verwendet wird, kann Wasser-basiert sein, beispielsweise Wasser. Das wässrige Medium kann für elektrostatisch stabilisierte oder Polymerstabilisierte Partikel Salze wie Natriumchlorid, Caesiumchlorid oder Mischungen davon beinhalten. Das Medium kann ebenfalls organisch basiert, zum Beispiel Ethylenglykol, Ethanol oder Kombinationen davon sein. Das Medium kann Silizium- basiert sein, beispielsweise Siliconöl, Phenyltrimethicon oder Kombinationen davon. Falls Maisstärke in dem Fluid verwendet wird, können antibakterielle Agenzien wie Chloroxylenol oder Chlorohexidindiacetat hinzugefügt werden um sicher zu gehen, dass das Medium im Verlauf der Zeit nicht abgebaut wird. In weiteren Ausführungsformen können Kohlenwasserstoff oder Fluorkohlenwasserstoff Medien verwendet werden.
Üblicherweise haben die Partikel, die in der Flüssigkeit verwendet werden, Größen, die geringer sind als die Größen der Öffnungen des porösen Matrizenmaterials. Diese Partikel können beispielsweise in die Poren des porösen Matrizenmaterials eindringen oder können die Poren des porösen Matrizenmaterials passieren. In einigen Ausführungsformen haben die Partikel eine Dimension von weniger als 100 Mikrometer, beispielsweise 90 Mikrometer, 80 Mikrometer, 70 Mikrometer, 60 Mikrometer, 50 Mikrometer, 40 Mikrometer, 30 Mikrometer, 20 Mikrometer, oder 10 Mikrometer oder sogar weniger als 10 Mikrometer, beispielsweise 0,1 Mikrometer, 0,45 Mikrometer, 2,5 Mikrometer, 5 Mikrometer, 8 Mikrometer. Die Größe der Partikel in der Flüssigkeit ist ebenfalls in der US Patent Veröffentlichung Nr. US 2006/0234572 A1 beschrieben.
Wenn eine Flüssigkeit in den Verbundstoff gemäß der vorliegenden Erfindung eingeführt wird, kann die Flüssigkeit in das poröse Matrizenmaterial interkalieren. Der Ausdruck „interkalieren” wie hierin verwendet, bezeichnet das Einführen der Flüssigkeit und/oder der Partikel zwischen die oder in die Schichten des porösen Matrizenmaterials. Die Flüssigkeit kann in das poröse Matrizenmaterial durch die Vielzahl der Poren im Material eingeführt werden. Abhängig von der Art der Poren, kann die dilatante Flüssigkeit in die Poren eindringen oder kann die Poren des porösen Matrizenmaterials passieren. Wenn die dilatante Flüssigkeit im porösen Matrizenmaterial interkaliert, kann die Flüssigkeit schnell eingeführt werden und verteilt sich gleichmäßig über das poröse Matrizenmaterial. In diesem Zusammenhang haben die Erfinder überraschend gefunden, dass die Art des porösen Matrizenmaterials schnell die Dilatanz der Flüssigkeit induziert, da das poröse Matrizenmaterial, wenn es benutzt wird, schnell bewegt wird. Diese Dilatanz ist nicht beschränkt auf einen spezifischen Bereich, sondern tritt durchgehend im porösen Matrizenmaterial und der Flüssigkeit-Matrizen-Grenzfläche auf.
Wenn in diesem Zusammenhang eine Flüssigkeit, zum Beispiel eine dilatante Flüssigkeit, in der vorliegenden Erfindung verwendet wird und mit dem ballistischen Material in Kontakt steht, kann die Flüssigkeit im ballistischen Fasermaterial interkalieren oder auch nicht, solange das ballistische Fasermaterial seine beabsichtigte Funktion, nämlich den Aufschlag eines sich bewegenden Objektes zu absorbieren oder zu widerstehen, erfüllt. Im Fall, dass die Flüssigkeit im ballistischen Material interkaliert, wird die Flüssigkeit im Vergleich zur Interkalation der Flüssigkeit mit dem porösen Matrizenmaterial immer in einem schwächeren Maß mit dem ballistischen Material interkalieren.
Der Ausdruck „Öffnungen” oder „Poren” wie hierin verwendet, bezieht sich auf jedwede Löcher, Bohrungen, Durchlässe, Räume oder Lücken, die im porösen Matrizenmaterial vorhanden sind. Die Poren können miteinander verbunden sein und können für die Flüssigkeit zugänglich oder nicht zugänglich sein. Im Fall, dass die Poren für die Flüssigkeit zugänglich sind, können sie es der Flüssigkeit erlauben sie zu passieren. Die Form der Poren kann typischerweise jede Form oder Größe sein und kann davon abhängen wie die Fasern im porösen Matrizenmaterial gelöst sind. Die Poren können typischerweise jede Größe haben und können Größen beinhalten, die größer als die Partikel sind, so dass die Partikel der Flüssigkeit die Poren des porösen Matrizenmaterials passieren können. Die Eigenschaften der Poren wie beispielsweise die Porosität, Porendurchmesser und Porenvolumen können durch das Wissen des Fachmanns ohne weiteres bestimmt werden (siehe zum Beispiel Wang et al, Journal of Applied Polymer Science, 2006, vol. 102, Seiten 2264–2275 und Savel'eva E. K. et al, Fibre Chemistry, 2005, vol. 37, Seiten 202–204).
Ohne zu beabsichtigen an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein: Wenn ein Verbundstoff der vorliegenden Erfindung einem Aufprall eines sich bewegenden Objektes wie einem Projektil ausgesetzt ist, kann der Anfangsaufschlag durch das ballistische Material des Verbundstoffes absorbiert werden, während das poröse Matrizenmaterial das ballistische Material verstärkt, um stumpfe Verletzungen zu vermindern. In diesem Zusammenhang wird angenommen, dass die Dilatanz der Flüssigkeit, die durchgehend im porösen Matrizenmaterial und der Flüssigkeit-Matrizen-Grenzfläche auftritt, es ermöglicht, dass die Schicht von ballistischem Material und die entsprechende Schicht von porösem Matrizenmaterial fest zusammengehalten werden, wenn der Verbundstoff der vorliegenden Erfindung beispielsweise einem ballistischen Aufschlag ausgesetzt wird. Die Dilatanz der Flüssigkeit und die feste (permanente) Bindung zwischen dem ballistischen Material und dem porösen Matrizenmaterial verhindert ebenfalls, dass das ballistische Material in das poröse Matrizenmaterial, in dem die Flüssigkeit interkaliert, gedrückt wird. In diesem Zusammenhang haben die Erfinder gefunden, dass die Dilatanz der Flüssigkeit im porösen Matrizenmaterial signifikant mehr Aufschlagsenergie des Verbundstoffes ableitet. Diese Aufschlagsenergie wird ebenfalls durch das Brechen der Fäden des ballistischen Materials bei dem ballistischen Aufschlag abgeleitet. Aufgrund der signifikanten Aufprallenergieableitung des Verbundstoffes wurde gefunden, dass die Verformung des Verbundstoffes, die durch den Aufprall hervorgerufen wurde, signifikant verringert wurde. Daher können stumpfe Verletzungen, die durch übermäßige Verformung des Verbundstoffes hervorgerufen werden, wirksam verringert werden, wenn der Verbundstoff in ballistischen Anwendungen genutzt wird.
Die Verwendung des Verbundstoffes für ballistische Anwendungen, zum Beispiel für ballistische Westen oder Aufprallschutzpolster, hat zahlreiche Vorteile. Wie zuvor erwähnt können stumpfe Verletzungen wirksam vermindert werden, was Verletzungen des Benutzers vermeidet. Darüber hinaus sind, durch die Wirksamkeit des Verbundstoffes bei der Verminderung von Verformungen und stumpfen Verletzungen, nur wenige Stapel des Verbundstoffes der vorliegenden Erfindung (drei Schichten von ballistischem Material, die an drei entsprechende Schichten von porösem Matrizenmaterial gebunden sind) erforderlich. Als nicht-einschränkendes Beispiel führten drei Stapel des Verbundstoffes, in dem drei Schichten ballistisches Material an drei Schichten poröses Matrizenmaterial gebunden sind (2 cm stark), zu einer signifikante Verminderung der Verformung des Verbundstoffes. Daher kann der Verbundstoff der Erfindung Sperrigkeit verhindern und dadurch die Flexibilität und Beweglichkeit erhöhen, wenn dieser beispielsweise für ballistische Bekleidung verwendet wird. Andererseits kann, wenn gewünscht, ein dickerer Verbundstoff, zum Beispiel mehr als drei Stapel des Verbundstoffes der Erfindung, verwendet werden. Zusätzlich bleibt der Verbundstoff elastisch und verformbar, wenn dieser bei geringen Geschwindigkeiten gehandhabt wird, da die Flüssigkeit, die im porösen Matrizenmaterial interkaliert, in der Lage ist in der Matrize zu fließen. Das heißt, dass der Verbundstoff über Körperteilen getragen werden kann, für die Beweglichkeit wichtig ist. Daher ist der Verbundstoff der Erfindung außerordentlich nützlich, wenn er für ballistische Zwecke verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Verwendung eines Verbundstoffes zur Ableitung von kinetischer Energie eines sich bewegenden Objektes, wie zum Beispiel eines Projektils. Der Verbundstoff der Erfindung kann in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, solange dieser Schutz vor hohen Aufschlagsenergien bietet ohne die Beweglichkeit und Flexibilität einzuschränken. Zum Beispiel kann der Verbundstoff als Industriesicherheitskleidung zum Schutz von Arbeitern gegenüber Umgebungen, in denen die Arbeiter scharfkantigen Objekten oder Projektilen ausgesetzt sind, verwendet werden. Der Verbundstoff kann ebenfalls zur Abdeckung von industriellen Arbeitsgeräten, wie beispielsweise Arbeitsgeräten mit sehr schnell rotierenden Teilen, die Projektile aufgrund von Materialfehlern erzeugen und freisetzen können, verwendet werden. Der Verbundstoff kann ebenfalls dazu verwendet werden um Flugzeugtriebwerke abzudecken, um nach einem schwerwiegenden Funktionsfehler des Triebwerks das Flugzeug und seine Insassen zu schützen. Der Verbundstoff kann ebenfalls als Splitterschutz in Fahrzeugen, wie Automobilen, Flugzeugen und Booten, verwendet werden, um die Insassen der Fahrzeuge zu schützen in dem er die außerhalb des Fahrzeugs durch einen stumpfen oder ballistischen Aufschlag erzeugten Projektile aufnimmt.
Der Verbundstoff kann in einem Gegenstand verwendet werden, in dem jede Anzahl von Schichten ballistischen Materials direkt an den Verbundstoff der Erfindung geschichtet oder angelegt werden können, abhängig von der benötigten Ausführungsform. Die sich wiederholenden Schichten des ballistischen Materials werden üblicherweise angrenzend an das ballistische Material, das an das poröse Matrizenmaterial gebunden ist, platziert. Beispielhafte Gegenstände können umfassen, sind allerdings nicht beschränkt auf, Körperpanzerung, zum Beispiel flexible Aufprallschutzpolster; Bombenschutzdecken; Panzerschürzen; aufblasbare Schutzgeräte oder schützende Absperrungen. Die schützende Absperrung kann eine verstaubare Fahrzeugpanzerung, Zelte, Sitze, Cockpits sein oder zur Lagerung und zum Transport von Gepäck oder zur Lagerung und zum Transport von Munition verwendet werden. Der Gegenstand kann ebenfalls Schutzkleidung sein, wie zum Beispiel Jacken, Handschuhe, Motorradschutzkleidung, Hosen oder Stiefel, die versteift werden können um Körperschutz gegen Druckwellen bereitzustellen, wie sie durch explodierende Landminen und plötzliche Einschläge wie durch das Landen beim Fallschirmspringen oder Unfälle hervorgerufen werden können.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zur Herstellung des Verbundstoffes. Das Verfahren beinhaltet die Bindung einer Schicht des ballistischen Materials an eine Schicht des porösen Matrizenmaterials. Die Bindung kann beispielsweise durch das Aufbringen eines Haftmittels entweder auf das ballistische Material oder das poröse Matrizenmaterial und durch in Kontakt bringen der beiden Schichten der Materialien für einen geeigneten Zeitraum hervorgerufen werden. In diesem Zusammenhang kann das ballistische Material und das poröse Matrizenmaterial durch jedes geeignete Mittel wie beispielsweise Halten, Festklemmen, Schichten oder der Anwendung von Druck auf die beiden Schichten, in Kontakt gebracht werden.
Wie zuvor erwähnt kann jedes geeignete Haftmittel zur Bindung der Materialien verwendet werden, solange das ballistische Material und das poröse Matrizenmaterial fest (dauerhaft) zusammengehalten werden, wenn sich diese in Gebrauch befinden. In diesem Zusammenhang kann das Haftmittel jede Form haben und ist nicht beschränkt auf eine Flüssigkeit, eine Kitt-ähnliche oder feste Substanz oder vergleichbares. Das Haftmittel kann zum Beispiel ein vernetzbares Epoxidbasiertes Haftmittel sein. Wenn ein Epoxidharz verwendet wird, kann ein Epoxidharz von Bisphenol, Hexahydrobisphenol, Novolak, Dimersäure, Poly(ethylenglykol) oder Kombinationen davon verwendet werden um das ballistische Material an das poröse Matrizenmaterial zu binden. Wahlweise kann Cyanoacrylat wie Methyl-2-cyanoacrylat, Ehtyl-2-cyanoacrylat, auch bekannt als „Superkleber”, verwendet werden um das ballistische Material an das poröse Matrizenmaterial zu binden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung beinhaltet ferner das Aushärten des Haftmittels, um es dem ballistischen Material zu erlauben an das poröse Matrizenmaterial gebunden zu werden. Aushärten geschieht gewöhnlich durch das Mischen des Epoxids mit einem Aushärtungsmittel. Das Härtungsverfahren kann bei Temperaturen durchgeführt werden, die von 0°C bis 200°C, von 5 bis 80°C oder von 5 bis 35°C reichen. Das optimale Härtungsverfahren kann empirisch bestimmt werden, was innerhalb des Wissens des Durchschnittsfachmanns liegt. In einem erläuternden Beispiel kann das Härtungsverfahren bei Raumtemperatur für 8 Stunden durchgeführt werden.
Epoxidaushärtungsmittel in verschiedenen Formen, zum Beispiel Emulsions- oder Dispersionsform, sind im Stand der Technik gut bekannt. Beispiele dafür beinhalten Härtemittel des Dicyandiamid, Imidazol, Phenol, Säureanhydrid, Säurehydrazid, fluorierte Borverbindungen, Aminimid und Amin Typs. Diese Härtungsmittel können alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren Härtungsmitteln verwendet werden. Während des Aushärtungsschritts, beispielsweise der Aushärtung eines Epoxidharzes, wird das Er-/Verhärtungsmittel für gewöhnlich in einer Menge zugegeben, so dass im kombinierten Er-/Verhärtungsbestandteil für jede Epoxidgruppe im Epoxidharz ein reaktives -NH bereitgestellt wird. Im Stand der Technik sind diese als stöchiometrische Mengen bekannt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ferner das Zuführen eines Fluids, zum Beispiel einer dilatanten Flüssigkeit zum Verbundstoff beinhalten. Abhängig von der benötigten Ausführung, kann jede Anzahl an Stapeln des Verbundstoffes der Erfindung für diesen Zweck hergestellt werden. Zum Beispiel kann die dilatante Flüssigkeit zu jedem Stapel des Verbundstoffes zugegeben werden. In einigen Ausführungsformen kann der Verbundstoff in eine geeignete Flüssigkeit eingetaucht werden, wie beispielsweise der hierin beschriebenen dilatanten Flüssigkeit. Der letzte Schritt des Verfahrens beinhaltet die Versiegelung des Verbundstoffes durch irgendein geeignetes Verfahren, das dem Durchschnittsfachmann bekannt ist, solange der Verbundstoff von einer Struktur, wie zum Beispiel einer Verkapselung, umhüllt ist. Der umhüllte Verbundstoff kann durch jedes geeignete Verfahren abgedichtet werden, zum Beispiel in dem die zwei Enden der Verkapselung zusammen laminiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Verbundstoff in einem Polymer, Latex, Keramik oder Kombinationen davon, unter geeigneten Heiz-Bedingungen oder durch das Aufbringen eines Haftmittels an einem Ende der Verkapselung um beide Enden der Verkapselung zu verschließen, verkapselt werden. Das Haftmittel kann beispielsweise Polyurethan, Polyvinylacetat, Epoxid, Cyanoacrylat wie Methyl-2-cyanoacrylat, Ethyl-2-cyanoacrylat oder Kombinationen davon sein. In diesem Zusammenhang kann der umhüllte Verbundstoff jede Form und Größe haben, abhängig von der benötigten Ausführung. Zum Beispiel kann der umhüllte Verbundstoff die Form eines Beutels, eines Behälters oder einer Folie haben.
Diese Aspekte der vorliegenden Erfindung und die Vorteile können weiter durch die folgende Beschreibung der Abbildungen und der nicht-einschränkenden Beispiele verstanden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erlangen und um aufzuzeigen, wie die Erfindung in der Praxis ausgeführt werden kann, werden nun bevorzugte Ausführungsformen anhand von nicht-einschränkenden Beispielen in Bezug auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen:
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verbundstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, in der eine Schicht des ballistischen Materials (durch Streifen dargestellt) an eine Schicht des porösem Matrizenmaterials (durch Punkte dargestellt) gebunden ist.
eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Verbundstoffs gemäß der Erfindung zeigt. In dieser Abbildung sind 2 Stapel des Verbundstoffs (dargestellt durch 2 Schichten des ballistischen Materials an die entsprechenden 2 Schichten des porösen Matrizenmaterials) in Latex eingekapselt. Der Verbundstoff beinhaltet auch dilatante Flüssigkeit (durch schattierten Teil dargestellt), welche im porösen Matrizenmaterial eingelagert ist.
eine schematische Darstellung des in der vorliegenden Erfindung verwendeten ballistischen Aufbaus zeigt.
einen Abdruck in Ton zeigt, der hinter verschiedenen Aufprallverletzungs-reduzierenden Materialien platziert wurde, wenn ein Projektil auf diese verschiedenen Aufprallverletzungs-reduzierenden Materialien abgefeuert wurde, wobei der ballistische Aufbau der verwendet wurde. zeigt das Ergebnis des Abdrucks in Ton welches hinter 20 Lagen Twaron^® als ballistisches Material verwendet wurde. zeigt das Ergebnis des Abdrucks in Ton, welches hinter 20 Lagen Twaron^® unterstützt von einer 2 cm starken Gummiplatte platziert wurde. zeigt das Ergebnis des Abdrucks in einem Tonstück, welches hinter 20 Lagen Twaron^® unterstützt von weiteren 20 Lagen Twaron^®. zeigt das Ergebnis des Abdrucks in Ton, welches hinter 20 Lagen Twaron^® unterstützt von 3 Stapeln des Verbundstoffs der vorliegenden Erfindung, in welchem 3 Schichten des ballistischen Materials (Twaron^®) an die entsprechenden 3 Lagen des porösen Matrizenmaterials (nicht-gewebter, faseriger Polyester) gebunden sind und die in eine Maisstärkesuspension (dilatante Flüssigkeit) getaucht sind innerhalb einer Latex-Verkapselung.
die Wirkung verschiedener Verbundstoffe auf die Eindringtiefe (mm) bei einem ballistischen Aufschlag zeigt, wenn verschiedene Flüssigkeiten im Verbundstoff mit Twaron^® als ballistisches Material verwendet wurden (dargestellt durch graue Linie). System A stellt eine Lage Twaron^® dar. System B stellt einen Verbundstoff dar, der Wasser (dargestellt durch dunkelgraue Box, 20 mm starkes Wasser) und eine Lage Twaron^® beinhaltet. System C stellt einen Verbundstoff dar, der eine Maisstärkesuspension, die als dilatante Flüssigkeit (dargestellt durch hellgraue Box, 20 mm starke dilatante Flüssigkeit) verwendet wird, und eine Lage Twaron^® beinhaltet.
die Wirksamkeit eines Verbundstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung (siehe System 3) auf die Eindringtiefe (mm) bei einem ballistischen Aufprall verglichen mit anderen Verbundstoffen (siehe vergleichbare Systeme 1 und 2) zeigt. System 1 stellt ein Verbundstoff dar, der Maisstärkesuspension als dilatante Flüssigkeit (dargestellt durch hellgraue Box, 20 mm starke dilatante Flüssigkeit) und eine Lage des ballistischen Materials (Twaron^®, dargestellt durch eine graue Linie) beinhaltet. System 2 stellt ein Verbundstoff dar, der 2 Lagen des ballistischen Materials (Twaron^®, dargestellt durch eine graue Linie), das in der dilatanten Flüssigkeit getaucht ist, und eine weitere Lage des ballistischen Materials (Twaron^®, dargestellt durch graue Linie) beinhaltet. System 3 stellt 2 Stapel eines Verbundstoffs der Erfindung dar, das in die dilatante Flüssigkeit getaucht ist, in welcher 2 Stapel des ballistischen Materials (Epoxid behandeltes Twaron^®, dargestellt durch eine schwarze Linie), an die entsprechenden 2 Lagen des porösen Matrizenmaterials (nicht-gewebte, faserige Polyester) gebunden sind. Eine zusätzliche Lage des ballistischen Materials (Twaron^®, dargestellt durch eine graue Linie) ist in System 3 eingeschlossen.
die Wirksamkeit von zwei verschiedenen Verbundstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung (siehe System 2 und 3) auf die Eindringtiefe (mm), verglichen mit anderen Verbundstoffen (siehe System 1 und 4), bei einem ballistischen Aufschlag zeigt. System 1 stellt einen Verbundstoff dar, der Maisstärkesuspension als dilatante Flüssigkeit (dargestellt durch hellgraue Box, 20 mm starke dilatante Flüssigkeit) und zwei Lagen des ballistischen Materials (Twaron^®, dargestellt durch eine graue Linie) beinhaltet. System 2 stellt 2 Stapel des Verbundstoffs dar, die in die dilatante Flüssigkeit getaucht sind, in diesem System sind 2 Lagen des ballistischen Materials (Epoxidbehandeltes Twaron^®, dargestellt durch schwarze Linie) an die entsprechenden 2 Lagen des porösen Matrizenmaterials (nicht-gewebtes, faseriges Polyester, dargestellt durch eine gepunktete Linie) gebunden. Zwei weitere Lagen des ballistischen Materials (dargestellt durch graue Linie) sind im System 2 enthalten. System 3 ähnelt System 2 mit der Ausnahme, dass Wasser (dargestellt durch eine dunkelgraue Linie) als Flüssigkeit verwendet wird. System 4 ähnelt System 2 mit der Ausnahme, dass das ballistische Material (Twaron^®, dargestellt durch graue Linie) im Verbundstoff nicht Epoxid behandelt, aber zusammen mit dem porösen Matrizenmaterial (nicht-gewebtes, faseriges Polyester) übereinander angeordnet ist.
BEISPIELE
Beispiel 1
Dieses Beispiel veranschaulicht die Materialien, die für die Herstellung des Verbundstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung und des entsprechenden Prozesses verwendet werden.
Die dilatante Flüssigkeit kann zum Beispiel eine Maisstärkesuspension mit einer Konzentration von 55 Gewichts-% in Wasser sein, wie in EE Bischoff White et al., Rheol Acta, 2010, vol. 49, Seiten 119–129 beschrieben oder eine Dispersion von 450 nm großen Silica Partikeln in Polyethylenglycol (PEG) mit einem Volumenanteil von 52% (v/v) sein, wie sie in den Beispielen des US Patent Veröffentlichungsnummer Nr. US 2009/0004413 A1 beschrieben ist. In den folgenden Experimenten, wurde eine Maisstärkesuspension mit einer Konzentration von 55 Gewichts-% in Wasser als dilatante Flüssigkeit verwendet. Um einen Verbundstoff gemäß der Erfindung herzustellen, wurde Twaron^® Gewebe (bezogen von Teijin Aramid) als ballistisches Material und nicht-gewebtes, faseriges Polyester (RC3000-10AFR, von Richmond Aircraft Porducts, Inc, USA, bezogen) als poröses Matrizenmaterial verwendet. Das Twaron^® Gewebe wurde in 3 Rechtecke mit einer Länge von 15 cm mal 15 cm geschnitten. Entsprechende Stücke des nicht-gewebten, faserigen Polyesters (RC 3000-10AFR, von Richmond Aircraft Products, Inc, USA bezogen) wurden gleichermaßen in dieselben Größen und Formen wie das des Twaron^® Gewebes geschnitten. Epoxidhaftmittel (Araldite^® 2011, von Huntsman Advanced Materials, USA, bezogen) wurde an einer Seite des Twaron^® Gewebes aufgebracht. Der nicht-gewebte, faserige Polyester wurde mit dem Twaron^® Gewebe so in Kontakt gebracht, dass es sowohl dem Twaron^® Gewebe und dem nicht-gewebten, faserigen Polyester erlaubt war, sich miteinander zu verbinden. Anschließend erfolgte 8 Stunden lang das Aushärten des Haftmittels bei Raumtemperatur. Sobald das Haftmittel ausgehärtet war, wurden die 3 Stapel des permanent haftenden Twaron^® Gewebes und des nicht-gewebten, faserigen Polyester in eine Latex-Verkapselung eingesetzt. Die dilatante Flüssigkeit wurde in die Verkapselung gegeben, in die jeder Stapel Twaron^® Gewebe und das faserigen Polyester eingesetzt ist. Sobald die 3 Stapel des permanent haftendenden Twaron^® Gewebes und des nicht-gewebten, faserigen Polyesters in die dilatante Flüssigkeit getaucht wurden, wurde die Verkapselung durch die Anwendung von Ethyl-2-cyanoacrylat (Holdtite^® CA 25, bezogen von Holdtite Adhesives, United Kingdom) an einem Latexende und durch das in Kontakt bringen beider Latexenden miteinander versiegelt, gefolgt von dem Aushärten des Cyanoacrylats bei Raumtemperatur, was es der Latexverkapselung erlaubte dauerhaft versiegelt zu sein.
Beispiel 2
Dieses Beispiel veranschaulicht die Auswirkung der Verwendung eines Verbundstoffs auf die Ableitung der Aufprallenergie und die Fähigkeit die Aufprallverletzung aufgrund hochenergetischer ballistischer Einschläge zu vermindern. In diesem Beispiel werden 3 Stapel des Verbundstoffs, erhalten nach Beispiel 1, in welchem 3 Schichten Twaron^® an die entsprechenden 3 Schichten des faserigen Polyester gebunden und in Latex eingeschlossen (2 cm stark) werden, verwendet.
Eine schematische Darstellung des ballistischen Testaufbaus ist in abgebildet. Ballistische Versuche wurden mit einer Gaskanone durchgeführt. Ein sphärisches Stahlprojektil wurde auf 4 verschiedene Aufprallverletzungs-reduzierende Materialien gefeuert. Die Aufprallverletzungs-reduzierenden Materialien waren namentlich: i) 20 Lagen Twaron^® verwendet als ballistisches Material; ii) 20 Lagen Twaron^® unterstützt von 2 cm einer starken Gummiplatte; iii) 20 Lagen Twaron^® unterstützt von weiteren 20 Lagen Twaron^®; und iv) 20 Lagen Twaron^® unterstützt von 3 Stapel eines Verbundstoff erhalten nach Beispiel 1. Ein Behältnis aus Plastilin Tonmesskörpern wurde hinter jedem Aufprallverletzungs-reduzierenden Material angebracht um den durch den Aufprall ausgelösten Abdruck aufzuzeichnen. Die Geschwindigkeit des Projektils wurde durch die Verwendung eines Sensorenpaares gemessen. Die Masse des sphärischen Stahlprojektils betrug 12 g und die Aufschlaggeschwindigkeit betrug 350 m/s. Die Aufprallenergie von 735 J war vergleichbar zu einer Energie eines NIJ (National Institute of Justice) Standards IIIA (gleichwertig der Energie eines 9 mm Geschosses, abgefeuert von einer Handfeuerwaffe).

Der Abdruck in Ton, der hinter den 4 verschiedenen Aufprallverletzungsreduzierenden Materialien angebracht war, wurde in abgebildet. Obwohl das Projektil nicht in die 20 Lagen des Twaron^® eingedrungen ist, verzeichnet der Tonmesskörper einen tiefen Abdruck da das Gewebe in den Ton getrieben wurde (siehe ). Der Abdruck im Ton der verbleibenden 3 Aufprallverletzungs-reduzierenden Materialien ist in den entsprechenden –3D dargestellt. Die Eindringtiefe (mm) im Tonmesskörper bei der Verwendung der 4 verschiedenen Aufprallverletzungs-reduzierenden Materialien wurde gemessen und in Tabelle 1 aufgezeichnet.

Ziel	Eindringtiefe in den Tonmesskörper (mm)	Prozentuale Minderung der Aufprallverletzung
Kein Ziel	Vollständiges Durchdringen des Tonmesskörpers	Nicht verfügbar
20 Schichten Twaron^® ballistisches Material	35 (Abb. 3A)	Nicht verfügbar
20 Schichten Twaron^® ballistisches Material unterstützt von 2 cm starken Gummiplatte	14.35 (Abb. 3B)	60
20 Schichten Twaron^® ballistisches Material unterstützt von weichem soft Aufprallschutzpolster (bestehend aus weiteren 20 Schichten Twaron^®)	21.56 (Abb. 3C)	38
20 Schichten Twaron^® unterstützt von 2 cm starken Verbundstoff	0 (Abb. 3D)	100

Tabelle 1. Vergleich der Eindringtiefe in den Tonmesskörper beim Gebrauch von verschiedenen stumpfe Verletzungen-vorbeugenden Materialen.

Es ist ersichtlich, dass die Aufschlagenergieableitung bei der Verwendung des Verbundstoffs der Erfindung (siehe ), wie hier beschrieben, verglichen mit den anderen stumpfen Verletzungen-reduzierenden Materialien wie zum Beispiel Twaron^® (siehe und ) oder Gummi (siehe 3B), überlegen ist.
Beispiel 3
Dieses Beispiel veranschaulicht den Effekt bei der Verwendung diverser Flüssigkeiten in einem Verbundstoff während hoher, ballistischer Aufschlagenergie (siehe ).
Ein sphärisches Stahlprojektil mit einem Durchmesser von 14,5 mm wurde auf 3 verschiedene Verbundstoffe abgefeuert. Diese Systeme waren namentlich: i) eine Lage Twaron^® verwendet als ballistisches Material (siehe , System A); ii) eine Lage Tw0aron^® und Verbundstoff, der Wasser enthält, eingeschlossen in Latex (20 mm stark) ( , System B) enthält; und iii) eine Lage Twaron^® und ein Verbundstoff, der eine Maisstärkesuspension als dilatante Flüssigkeit (55 Gewichts-%) enthält, eingeschlossen in Latex (20 mm stark) (siehe , System C). Die Masse des Projektils betrug 12 g und die Aufschlaggeschwindigkeit betrug 75 m/s.
Die Eindringtiefe (mm) jedes Verbundstoffsystems ist in dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Eindringtiefe am geringsten war, wenn die dilatante Flüssigkeit verwendet wurde.
weist auch darauf hin, dass die Eindringtiefe bei der Verwendung von Wasser im Verbundstoff vermindert wurde.
Beispiel 4
Die vorliegende Erfindung veranschaulicht die Wirksamkeit des Verbundstoffs der Erfindung, wenn im Verbundstoff nicht-gewebter, faseriger Polyester (poröses Matrizenmaterial) bei hochenergetischen ballistischen Einschlägen verwendet wurde (siehe ).
Ein sphärisches Stahlprojektil mit einem Durchmesser von 14,5 mm wurde auf 3 verschiedene Verbundstoffe gefeuert. Diese Systeme waren namentlich: i) eine Lage Twaron^®, die als ballistisches Material verwendet wurde und ein Verbundstoff, der eine Maisstärkesuspension enthält, die als dilatante Flüssigkeit (55 Gewichts-%) verwendet wurde, eingeschlossen in Latex (20 mm stark) (siehe ; System 1); ii) eine Lage Twaron^® und ein Verbundstoff, der eine Maisstärkesuspension als dilatante Flüssigkeit (55 Gewichts-%) enthält in die 2 Lagen Twaron^® eingetaucht waren, eingeschlossen in Latex (20 mm stark) (siehe ; System 2); und iii) eine Lage Twaron^® und 2 Stapel des Verbundstoffs der Erfindung eingetaucht in eine Maisstärkesuspension, die als dilatante Flüssigkeit (55 Gewichts-%) verwendet wurde, wobei 2 Schichten Twaron^® an die entsprechenden 2 Schichten des nicht-gewebten, faserigen Polyesters mittels Epoxid (Araldite^® 2011) gebunden wurden, und eingeschlossen in Latex (siehe ; System 3). Die Masse des Projektils betrug 12 g und die Aufschlaggeschwindigkeit betrug 75 m/s. Die Eindringtiefe (mm) jedes Verbundstoffsystems ist in dargestellt. Wie in erkennbar, ist eine signifikante Verringerung der Eindringtiefe zu verzeichnen, wenn das nicht-gewebte, faserige Polyester an die entsprechenden Twaron^®-Schichten im verkapselten Verbundstoff gebunden ist (siehe , System 3).
Beispiel 5
Die vorliegende Erfindung veranschaulicht die Wirksamkeit des Verbundstoffs der Erfindung bei einem hochenergetischen, ballistischen Aufschlag, wenn ein Haftmittel wie Epoxid die nicht-gewebten, faserigen Polyester (poröses Matrizenmaterial) an das Twaron^® Gewebe (ballistisches Material) bindet (siehe ). veranschaulicht auch den Effekt des Verbundstoffs der Erfindung, wenn Wasser als Flüssigkeit im Verbundstoff verwendet wird.
Ein sphärisches Stahlprojektil mit einem Durchmesser von 14,5 mm wurde auf 4 verschiedene Verbundstoffsysteme abgefeuert. Diese Systeme waren namentlich: i) 2 Lagen Twaron^® und ein Verbundstoff, der eine Maisstärkesuspension als dilatante Flüssigkeit (55 Gewichts-%) enthält, eingeschlossen in Latex (siehe , System 1), ii) 2 Lagen Twaron^® und 2 weitere Lagen des Verbundstoffs der Erfindung in einer Maisstärkesuspension als dilatante Flüssigkeit (55 Gewichts-%), in der 2 Lagen Twaron^® an die entsprechenden 2 Lagen des nicht-gewebten, faserigen Polyesters mittels Epoxid (Araldite^® 2011) gebunden sind und eingeschlossen in Latex (siehe ; System 2); iii) 2 Lagen Twaron^® und 2 weitere Stapel des Verbundstoffs der Erfindung in Wasser getaucht, in der 2 Lagen Twaron^® an die 2 entsprechenden Lagen des nicht-gewebten, faserigen Polyesters mittels Epoxid (Araldite^® 2011) gebunden sind (siehe , System 3); und iv) 2 Lagen Twaron^® und 2 weitere Stapel des Verbundstoffs getaucht in eine Maisstärkesuspension, die als dilatante Flüssigkeit (55 Gewichts-%) verwendet wurde, in der 2 Lagen Twaron^® durch Stapelung mit den 2 entsprechenden Lagen des faserigen Polyesters in Kontakt gebracht wurden.
Die Masse des Projektils betrug 12 g und die Aufschlaggeschwindigkeit betrug 145 m/s. Die Eindringtiefe (mm) jedes Verbundstoffsystems ist in dargestellt. Wenn die Eindringtiefen des Systems 2 und des Systems 4 in miteinander verglichen werden, ist es ersichtlich, dass die Eindringtiefe der Verbundstoffe signifikant vermindert ist, wenn im eingeschlossenen Verbundstoff Twaron^® mittels Epoxid (Araldite^® 2011) an das faserige Polyester gebunden ist (siehe System 2). Zusätzlich ist darauf hinzuweisen, dass die Eindringtiefe in den Verbundstoffes der vorliegenden Erfindung ebenfalls reduziert wird, wenn Wasser als Flüssigkeit im eingeschlossenen Verbundstoff verwendet wird (siehe System 3).
Die Auflistung oder Diskussion eines vorher veröffentlichten Dokuments in dieser Beschreibung sollte nicht notwendigerweise als Bestätigung aufgefasst werden, dass das Dokument ein Teil des Standes der Technik oder allgemeines Fachwissen ist. Alle aufgeführten Dokumente sind hiermit durch Referenz in Ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen.
Die Erfindung wurde hierin breit und allgemein beschreiben. Jede der engeren Unterklassen- und Gruppen die Teil der generischen Offenbarung sind, bildet auch einen Teil der Erfindung. Dies beinhaltet die generelle Beschreibung der Erfindung mit einem Ausschluss oder einer negativen Einschränkung, die irgendeinen Gegenstand aus dem Oberbegriff entfernen, ungeachtet dessen ob das entfernte Material hierin spezifisch aufgeführt ist oder nicht.
Andere Ausführungsformen sind in den folgenden Ansprüchen enthalten. Zusätzlich wird der Fachmann erkennen, dass wo Eigenschaften oder Aspekte der Erfindung in Form von Markush-Gruppen beschrieben sind, die Erfindung dadurch in Form von jedem individuellen Mitglied oder Untergruppen der Mitglieder der Markush-Gruppe beschrieben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2009/0004413 A1 [0006, 0023, 0053]
US 6319862 [0007, 0023]
US 2705687 [0017]
US 2862251 [0017]
US 3033721 [0017]
US 2676363 [0017]
US 3720562 [0018]
US 7226878 [0023]
WO 2004/103231 [0028]
US 2006/0234572 A1 [0030]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Wang et al, Journal of Applied Polymer Science, 2006, vol. 102, Seiten 2264–2275 [0033]
Savel'eva E. K. et al, Fibre Chemistry, 2005, vol. 37, Seiten 202–204 [0033]
EE Bischoff White et al., Rheol Acta, 2010, vol. 49, Seiten 119–129 [0053]

Claims

Ein Verbundstoff, der in der Lage ist, die kinetische Energie eines sich bewegenden Objekts abzuleiten, der Verbundstoff umfassend eine Schicht aus ballistischem Material gebunden an eine Schicht aus porösem Matrizenmaterial.
Der Verbundstoff nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit in das poröse Matrizenmaterial interkaliert.
Der Verbundstoff nach Anspruch 2, wobei der Verbundstoff in die Flüssigkeit eingetaucht ist.
Der Verbundstoff nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Flüssigkeit eine wässrige Lösung ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Flüssigkeit eine dilatante Flüssigkeit ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das poröse Matrizenmaterial ein faseriges Material ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das poröse Matrizenmaterial ein nicht-gewebtes Material ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das poröse Matrizenmaterial ein Polymer umfasst.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt wird bestehend aus Polypropylen, Polyethylen, Polymethylpenten, Polybuten, Poly(4-methyl-1-penten), Polyester und Kombinationen davon.
Der Verbundstoff nach Anspruch 9, wobei das Polymer ein Polyester ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schicht des ballistischen Materials durch ein Haftmittel an das entsprechende poröse Matrizenmaterial gebunden ist.
Der Verbundstoff nach Anspruch 11, wobei das Haftmittel aus der Gruppe ausgewählt wird bestehend aus Polyurethan, Polyvinylacetat, Epoxid und Cyanoacrylat.
Der Verbundstoff nach Anspruch 12, wobei das Haftmittel Epoxid ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Schicht des ballistischen Materials ein Material umfasst, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Polyamid, Polyolefin, Polyimid, Poly(p-phenyl-2,6-benzobisoxazol), Kohlefaser, Keramiknadelkristalle, Kohlenstoffnanoröhren-verstärktes Polymer, Glassverstärktes Polymer, mikrokristalline Cellulose und Kombinationen davon.
Der Verbundstoff nach Anspruch 14, wobei das Polyamid Aramid, Nylon oder Kombinationen davon ist.
Der Verbundstoff nach Anspruch 15, wobei das Aramid Polyparaphenylen terephthalamid oder co-poly-(paraphenylen/3,4'-oxidyphenylenterephthalamid) ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Polyolefin ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMWPE), hochdichtem Polyethylen (HDPE), Hochmodul Polypropylen (Innegra S^®) und Kombinationen davon.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Schicht des ballistischen Materials in Form eines gestrickten Stoffs, eines gewebten Stoffs, eines nicht gewebten Stoffs, eines einseitig gewebten Tuchs, eines vielseitig gewebten Tuchs oder einer einzelnen Faser ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 5 bis 18, wobei die dilatante Flüssigkeit Partikel umfasst, die in einem Medium suspendiert sind.
Der Verbundstoff nach Anspruch 19, wobei die Partikel organische oder anorganische Partikel sind.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die Partikel ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Maisstärke, Calciumcarbonaten, Mineralien, Polymeren und Kombinationen davon.
Der Verbundstoff nach Anspruch 22, wobei die Oxide ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Silziumdioxid, Titandioxid, Silberoxid, Zinkoxid, Palladiumoxid und Kombinationen davon.
Der Verbundstoff nach Anspruch 21, wobei die Mineralien natürlich vorkommende oder synthetisch hergestellte Mineralien sind.
Der Verbundstoff nach Anspruch 23, wobei die Mineralien ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Quarz, Calcit, Talk, Gips, Kaolin, Glimmer, Siliziumcarbid und Kombinationen davon.
Der Verbundstoff nach Anspruch 21, wobei das Polymer Poly(methylmethacrylat) oder Polystyrol ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei die Partikel einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 100 Mikrometern besitzen.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei das Medium organisch-basiert, Wasser-basiert oder Silizium-basiert ist.
Der Verbundstoff nach Anspruch 27, wobei das organisch-basierte Medium ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykol, Polyethylenglykol, Ethanol und Kombinationen davon.
Der Verbundstoff nach Anspruch 27, wobei das Wasser-basierende Medium ein Salz umfasst.
Der Verbundstoff nach Anspruch 29, wobei das Salz Natriumchlorid, Caesiumchlorid oder Gemische davon ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 30 ferner ein antibakterielles Agens umfasst.
Der Verbundstoff nach Anspruch 31, wobei das Silizium-basierte Medium Silikonöl, Phenyltrimethicon oder Gemische davon ist.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 32, umfassend 5 Schichten des ballistischen Materials gebunden an die entsprechenden 5 Schichten des porösen Matrizenmaterials.
Der Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei der Verbundstoff in Latex eingeschlossen ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 34, umfassend das Binden einer Schicht faserigen, ballistischen Materials an eine Schicht porösen Matrizenmaterials.
Das Verfahren nach Anspruch 35, ferner umfassend das Hinzufügen einer dilatanten Flüssigkeit zum Verbundstoff.
Das Verfahren nach Anspruch 33, ferner umfassend das Versiegeln des Verbundstoffs.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 37, wobei das Binden durch Aufbringen eines Haftmittels auf entweder das ballistische Material oder auf das poröse Matrizenmaterial; miteinander in Kontakt bringen der Materialien; und das Aushärten des Haftmittels ausgeführt wird, um dem faserigen, ballistischen Material zu erlauben an das poröse Matrizenmaterial zu binden.
Das Verfahren nach Anspruch 38, wobei das Haftmittel ein aushärtbares, Epoxid-basiertes Haftmittel ist.
Ein Erzeugnis um die kinetische Energie eines sich bewegenden Objektes abzuleiten, das den Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 34 umfasst.
Das Erzeugnis nach Anspruch 40, wobei das Erzeugnis ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Körperpanzerung, Bombenschutzdecke, Schutzkleidung, Panzerschürze und schützende Absperrung.
Verwendung des Verbundstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 34 zum Ableiten der kinetischen Energie eines sich bewegenden Objekts.